第1章半導(dǎo)體二極管及其基本應(yīng)用電路

2025/6/261本章教學(xué)基本要求要知道：N型和P型半導(dǎo)體的區(qū)別、PN結(jié)的導(dǎo)電特性、硅和鍺二極管閾值電壓和正向?qū)妷褐?、溫度?duì)二極管特性和參數(shù)的影響、常用特種二極管以及倍壓整流使用要點(diǎn)。會(huì)計(jì)算：用等效電路法計(jì)算二極管電路參數(shù)；單相橋式整流電路、單相橋式整流電容濾波電路的輸出電壓、輸出電流。會(huì)畫出：?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娙轂V波電路、二極管限幅電路的輸出波形。會(huì)確定：選用二極管、濾波電容、變壓器所依據(jù)的主要參數(shù)。會(huì)分析：?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娙轂V波電路中故障原因。會(huì)判斷：用萬用表判斷二極管管腳極性和質(zhì)量好壞。2025/6/2621.1半導(dǎo)體二極管1.1.1PN結(jié)1．本征半導(dǎo)體幾乎不含雜質(zhì)的純凈半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。目前用于制造半導(dǎo)體器件的材料有硅（Si）、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、碳化硅(SiC)、磷化銦(InP)等，其中以硅和鍺最為常用。2025/6/2631.1半導(dǎo)體二極管1）本征半導(dǎo)體中的兩種載流子——電子和空穴在室溫下，本征半導(dǎo)體中少數(shù)價(jià)電子因受熱而獲得能量，擺脫原子核的束縛，從共價(jià)鍵中掙脫出來，成為自由電子。與此同時(shí)，失去價(jià)電子的硅或鍺原子在該共價(jià)鍵上留下了一個(gè)空位，這個(gè)空位稱為空穴。由于本征硅或鍺每產(chǎn)生一個(gè)自由電子必然會(huì)有一個(gè)空穴出現(xiàn)，即電子與空穴成對(duì)出現(xiàn)，稱為電子空穴對(duì)。2025/6/2641.1半導(dǎo)體二極管2）本征半導(dǎo)體的熱敏特性和光敏特性本征半導(dǎo)體受熱或光照后產(chǎn)生電子空穴對(duì)的物理現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。當(dāng)溫度升高或光照增強(qiáng)，本征半導(dǎo)體內(nèi)原子運(yùn)動(dòng)加劇，有較多的電子獲得能量成為自由電子，即電子空穴對(duì)增多，與此同時(shí)，又使復(fù)合的機(jī)會(huì)相應(yīng)增多，最后達(dá)到一個(gè)新的相對(duì)平衡，這時(shí)電子空穴對(duì)的數(shù)目自然比原先多，所以本征半導(dǎo)體中電子空穴對(duì)的數(shù)目與溫度或光照有密切關(guān)系。溫度越高或光照越強(qiáng)，本征半導(dǎo)體內(nèi)載流子數(shù)目越多，導(dǎo)電性能越好。2025/6/2651.1半導(dǎo)體二極管2．雜質(zhì)半導(dǎo)體摻入微量元素的原子稱為雜質(zhì)，摻入雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體有P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體兩大類。2025/6/2661.1半導(dǎo)體二極管3．PN結(jié)單純的一塊P型半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體，只能作為一個(gè)電阻元件，而不能做成所需要的晶體管器件。但是，如果把P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體通過一定方法結(jié)合起來形成的PN結(jié)就具有這種功能。PN結(jié)是構(gòu)成半導(dǎo)體二極管、半導(dǎo)體三極管、晶閘管、集成電路等許多半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。1）PN結(jié)的形成在一塊完整的本征硅（或鍺）片上，用不同的摻雜工藝使其一邊形成N型半導(dǎo)體，另一邊形成P型半導(dǎo)體，在這兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體的交界面附近就會(huì)形成一個(gè)具有特殊性質(zhì)的薄層，這個(gè)特殊的薄層就是PN結(jié)。2025/6/2671.1半導(dǎo)體二極管2025/6/2681.1半導(dǎo)體二極管2）PN結(jié)的導(dǎo)電特性PN結(jié)在不同極性外加電壓作用下，流過PN結(jié)電流大小是不同的。(１)PN結(jié)正向偏置如圖1-1-8(a)所示，P區(qū)接電源正極，N區(qū)接電源負(fù)極，這種接法叫正向偏置。（2）PN結(jié)反向偏置如圖1-1-9所示，P區(qū)接電源的負(fù)極，N區(qū)接電源的正極，這種接法叫反向偏置。2025/6/2691.1半導(dǎo)體二極管2025/6/26101.1半導(dǎo)體二極管1.1.2半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)半導(dǎo)體二極管又稱晶體二極管，簡(jiǎn)稱二極管。二極管內(nèi)部由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，對(duì)于分立二極管來說，還應(yīng)在PN結(jié)的兩端引出金屬電極、外加管殼或用塑料封裝。由于功能和用途的不同，二極管的外形各異，幾種常見的二極管外形如圖1-1-10所示。2025/6/26111.1半導(dǎo)體二極管圖1-1-12所示是二極管的符號(hào)。二極管有兩個(gè)電極，由P區(qū)引出的電極是正極，又叫陽極；由N區(qū)引出的電極是負(fù)極，又叫陰極。三角箭頭方向表示正向電流的方向，正向電流只能從二極管的陽極流入，陰極流出。二極管的文字符號(hào)用D或VD、V表示。2025/6/26121.1半導(dǎo)體二極管1.1.3半導(dǎo)體二極管的伏安特性二極管的主要特性是單向?qū)щ姟６O管的特性可用伏安特性曲線來描述。1．二極管的伏安特性曲線二極管的種類雖然很多，但它們都具有相似的伏安特性。所謂二極管伏安特性曲線就是流過二極管的電流Ｉ與加在二極管兩端電壓U之間的關(guān)系曲線。圖1-1-13所示為硅和鍺二極管伏安特性曲線，

2025/6/26131.什么是傳統(tǒng)機(jī)械按鍵設(shè)計(jì)？傳統(tǒng)的機(jī)械按鍵設(shè)計(jì)是需要手動(dòng)按壓按鍵觸動(dòng)PCBA上的開關(guān)按鍵來實(shí)現(xiàn)功能的一種設(shè)計(jì)方式。傳統(tǒng)機(jī)械按鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)：1.合理的選擇按鍵的類型，盡量選擇平頭類的按鍵，以防按鍵下陷。2.開關(guān)按鍵和塑膠按鍵設(shè)計(jì)間隙建議留0.05~0.1mm，以防按鍵死鍵。3.要考慮成型工藝，合理計(jì)算累積公差，以防按鍵手感不良。傳統(tǒng)機(jī)械按鍵結(jié)構(gòu)層圖：按鍵開關(guān)鍵PCBA1.1半導(dǎo)體二極管2．溫度對(duì)二極管特性的影響二極管的特性對(duì)溫度很敏感，隨著溫度升高，二極管正向特性曲線向左移動(dòng)，反向特性曲線向下移動(dòng)，如圖1-1-14所示。因?yàn)闇囟壬?，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，在同一正向電流下所需正向壓降下降，所以正向特性向左移動(dòng)，又因?yàn)闇囟壬?，本征激發(fā)加強(qiáng)，少數(shù)載流子數(shù)目增加，在同一反向電壓作用下，反向飽和電流增大。由此可知，反向特性向下移動(dòng)。2025/6/26151.2半導(dǎo)體二極管的等效電路

1.2.1理想二極管伏安特性圖1-2-1用粗實(shí)線表示的是理想二極管伏安特性。由圖可知，理想二極管正偏時(shí)正向壓降為零，相當(dāng)于開關(guān)閉合（即短路），反偏時(shí)，反向電流為零，相當(dāng)于開關(guān)斷開（即開路）。2025/6/26161.2半導(dǎo)體二極管的等效電路

1.2.2二極管固定壓降伏安特性圖1-2-2為二極管正向的固定壓降伏安特性。由圖可知，當(dāng)二極管正向壓降超過導(dǎo)通電壓UF時(shí)，二極管導(dǎo)通。并在電路中呈現(xiàn)為一個(gè)固定正向壓降（通常硅管取0.7V，鍺管取0.3V），否則二極管不導(dǎo)通，電流為零。2025/6/26171.3半導(dǎo)體二極管的基本應(yīng)用

1.3.1單相整流濾波電路2025/6/26181.3半導(dǎo)體二極管的基本應(yīng)用

1.3.1單相整流濾波電路2025/6/26191.3半導(dǎo)體二極管的基本應(yīng)用

1.3.1單相整流濾波電路2025/6/26201.3半導(dǎo)體二極管的基本應(yīng)用

1.3.2倍壓整流電路簡(jiǎn)介實(shí)踐中有時(shí)需要高電壓、小電流的直流電源，這時(shí)若采用前述整流電路，勢(shì)必要求變壓器副邊繞組有很高的電壓。這樣，副邊繞組的匝數(shù)增加，層間絕緣困難，體積增大，制造也比較復(fù)雜，同時(shí)對(duì)二極管的耐壓要求很高。這時(shí)可采用倍壓整流電路，即用低電壓的交流電源和低耐壓的整流二極管獲得高于輸入電壓許多倍的輸出電壓。圖1-3-10為倍壓整流電路，該電路是用n個(gè)整流二極管和n個(gè)電容組成n倍壓整流電路。從圖1-3-10中a、c兩端取出電壓為nU2，其中n為偶數(shù)；而從b、d兩端取出電壓為nU2，其中n為奇數(shù)?？梢愿鶕?jù)需要選擇輸出電壓。在電路中，除了電容C1承受電壓為U2外，其他電容上承受的電壓均為2U2，每個(gè)整流管的反向電壓為2U2。該電路雖可得到較高的直流輸出電壓，但它的輸出特性很差，所以只適用于負(fù)載電流很小，且負(fù)載基本上不變的場(chǎng)合。2025/6/26211.3半導(dǎo)體二極管的基本應(yīng)用

1.3.3限副電路利用二極管的單向?qū)щ娦院蛯?dǎo)通后兩端電壓基本不變的特點(diǎn)，可組成限幅電路，用來限制輸出電壓的幅度。圖1-3-11(a)為一雙向限幅電路。設(shè)ui為幅值大于直流電源電壓UC1（=UC2）值的正弦波，則輸出電壓uo被限制在UC1、-UC2之間，將輸入電壓的幅度削掉了一部分，其波形如圖1-3-11(b)所示。2025/6/26221.4特種二極管1.4.1穩(wěn)壓二極管硅穩(wěn)壓二極管（簡(jiǎn)稱穩(wěn)壓管）是一種用特殊工藝制造的面結(jié)合型硅半導(dǎo)體二極管，使用時(shí)，它的陰極接外加電壓的正端，陽極接負(fù)端，管子反向偏置，工作在反向擊穿狀態(tài)，利用它的反向擊穿特性穩(wěn)定直流電壓。

2025/6/26231.4特種二極管1.4.2發(fā)光二極管發(fā)光二極管（簡(jiǎn)稱LED）是一種光發(fā)射器件，它是一種新型冷光源，是由鎵（Ga）、砷（AS）、磷（P）等的化合物制成的。由這些材料構(gòu)成的PN結(jié)加上正向電壓時(shí)，N區(qū)電子和P區(qū)空穴都穿過PN結(jié)，在運(yùn)動(dòng)途中發(fā)生復(fù)合，復(fù)合時(shí)釋放的能量是一種光譜輻射能，所以PN結(jié)便以發(fā)光的形式來釋放載流子復(fù)合時(shí)的能量。

2025/6/26241.4特種二極管1.4.3光電二極管光電二極管又稱光敏二極管，是一種光接收器件，其PN結(jié)工作在反偏狀態(tài)。

2025/6/26251.4特種二極管1.4.4